MOSFET-lichaamsdiodes gebruiken om de batterij in omvormers op te laden

In deze post proberen we te begrijpen hoe de interne lichaamsdiodes van MOSFET's kunnen worden gebruikt om het opladen van de batterij mogelijk te maken via dezelfde transformator die wordt gebruikt als de omvormer-transformator.

In dit artikel zullen we een volledig brug-inverterconcept onderzoeken en leren hoe de ingebouwde diodes van de 4 MOSFET's kunnen worden toegepast voor het opladen van een aangesloten batterij.

Wat is een Full Bridge- of H-Bridge-omvormer

In enkele van mijn eerdere berichten hebben we het gehad volledige brug-invertercircuits en met betrekking tot hun werkingsprincipe.

Zoals te zien is in de bovenstaande afbeelding, hebben we in feite in een omvormer met volledige brug een set van 4 MOSFET's aangesloten op de uitgangsbelasting. De diagonaal verbonden MOSFET-paren worden afwisselend geschakeld via een externe oscillator , waardoor de DC-ingang van de batterij wordt omgezet in wisselstroom of AC voor de belasting.

De lading heeft normaal gesproken de vorm van een transformator , waarvan de primaire laagspanning is verbonden met de MOSFET-brug voor de beoogde DC-naar-AC-inversie.

Meestal is het 4 N-kanaals MOSFET op basis van H-brug-topologie wordt toegepast in omvormers met volledige brug, aangezien deze topologie de meest efficiënte werking biedt in termen van compactheid tot vermogen.

Hoewel het gebruik van 4 N-kanaals omvormers afhankelijk is van gespecialiseerd stuurprogramma-IC's met bootstrapping , maar de efficiëntie weegt zwaarder dan de complexiteit, vandaar dat deze typen in de volksmond in alle moderne vormen worden gebruikt omvormers met volledige brug ​

Doel van MOSFET interne lichaamsdiodes

De interne lichaamsdiodes die in bijna alle moderne MOSFET's aanwezig zijn, worden voornamelijk geïntroduceerd beveilig het apparaat van omgekeerde EMF-pieken gegenereerd door een aangesloten inductieve belasting , zoals een transformator, motor, solenoïde etc.

Wanneer een inductieve belasting wordt ingeschakeld via de MOSFET-afvoer, wordt elektrische energie onmiddellijk opgeslagen in de belasting en tijdens het volgende moment als de MOSFET wordt uitgeschakeld , wordt deze opgeslagen EMF teruggeschopt in de omgekeerde polariteit van de MOSFET-bron naar de afvoer, wat een permanente schade aan de MOSFET veroorzaakt.

De aanwezigheid van een interne lichaamsdiode over de afvoer / bron van het apparaat omzeilt het gevaar door deze back-emf een direct pad door de diode te laten spitsen, waardoor de MOSFET wordt beschermd tegen een mogelijke storing.

MOSFET-lichaamsdiodes gebruiken voor het opladen van de omvormerbatterij

We weten dat een omvormer niet compleet is zonder een batterij, en een omvormer-batterij moet onvermijdelijk vaak worden opgeladen om de output van de omvormer bijgevuld en in de standby-toestand te houden.

Voor het opladen van een batterij is echter een transformator nodig, die van een hoog wattage moet zijn om optimaal te garanderen stroom voor de batterij ​

Het gebruik van een extra transformator in combinatie met de omvormertransformator kan ook behoorlijk omvangrijk en duur zijn. Daarom het vinden van een techniek waarbij de dezelfde omvormer-transformator wordt gebruikt voor het opladen de batterij klinkt buitengewoon gunstig.

De aanwezigheid van de interne lichaamsdiodes in MOSFET's maakt het gelukkig mogelijk om de transformator in de omvormermodus en ook in de batterijladermodus te schakelen, door middel van een aantal eenvoudige relais omschakelingen opeenvolgingen.

Basis werkconcept

In het onderstaande diagram kunnen we zien dat elke MOSFET vergezeld gaat van een interne lichaamsdiode, verbonden over hun drain / source-pinnen.

De anode van de diode is verbonden met de source-pin, terwijl de kathodepin is verbonden met de drain-pin van het apparaat. We kunnen ook zien dat, aangezien de MOSFET's zijn geconfigureerd in een overbrugd netwerk, de diodes ook worden geconfigureerd in een basisnetwerk full-bridge gelijkrichter netwerk formaat.

Er worden een paar relais gebruikt die er een paar implementeren snelle omschakelingen om het net AC in staat te stellen de batterij op te laden via de MOSFET-lichaamsdiodes.

Dit brug gelijkrichter netwerkvorming van de interne MOSFET-diodes maakt het proces van het gebruik van een enkele transformator als omvormertransformator en laadtransformator eigenlijk heel eenvoudig.

Huidige stroomrichting door MOSFET-lichaamsdiodes

De volgende afbeelding toont de richting van de stroom die door de lichaamsdiodes vloeit om de transformator AC gelijk te richten op een DC-laadspanning

Bij een AC-voeding veranderen de transformatordraden afwisselend van polariteit. Zoals te zien is in de afbeelding links, geven de oranje pijlen, uitgaande van de START als de positieve draad, het stroompatroon aan van stroom via D1, batterij, D3 en terug naar de FINISH of de negatieve draad van de transformator.

Voor de volgende wisselstroomcyclus keert de polariteit om en beweegt de stroom zoals aangegeven door de blauwe pijlen via de lichaamsdiode D4, batterij, D2 en terug naar de FINISH of het negatieve uiteinde van de transformatorwikkeling. Dit blijft zich afwisselend herhalen, waarbij zowel de wisselstroomcycli naar gelijkstroom worden omgezet als de batterij wordt opgeladen.

Aangezien er echter ook MOSFET's bij het systeem betrokken zijn, moet uiterste zorg worden betracht om ervoor te zorgen dat deze apparaten tijdens het proces niet beschadigd raken, en dit vereist een perfecte omschakeling van de omvormer / lader.

Praktisch ontwerp

Het volgende diagram toont een praktisch ontwerp dat is opgezet voor het implementeren van MOSFET-lichaamsdiodes als gelijkrichter voor opladen van een inverter-accu , met relais-omschakelaars.

Om 100% veiligheid te garanderen voor de MOSFET's in de oplaadmodus en tijdens het gebruik van de lichaamsdiodes met de transformator AC, moeten de MOSFET-poorten op het aardpotentiaal worden gehouden en volledig worden afgesloten van de DC-voeding.

Hiervoor implementeren we twee dingen, sluit 1 k-weerstanden aan over de gate / source-pinnen van alle MOSFET's en zet een afsnijrelais in serie met de Vcc-voedingslijn van het driver-IC.

Het uitschakelrelais is een SPDT-relaiscontact waarvan de verbreekcontacten in serie zijn geschakeld met de voedingsingang van de driver-IC. Als er geen AC-netspanning is, blijven de N / C-contacten actief waardoor de batterijvoeding het driver-IC kan bereiken voor het voeden van de MOSFET's.

Als er netstroom beschikbaar is, dit relais wisselt naar de N / O-contacten die de IC Vcc van de stroombron afsnijden, waardoor een totale afsnijding voor de MOSFET's van de positieve aandrijving wordt gegarandeerd.

We kunnen nog een set zien relais contacten aangesloten op de transformator 220 V netspanning. Deze wikkeling vormt de 220V uitgangszijde van de omvormer. De wikkelingsuiteinden zijn verbonden met de polen van een DPDT-relais, waarvan de maak- en verbreekcontacten zijn geconfigureerd met respectievelijk de netstroomingang AC en de belasting.

Als er geen wisselstroom op het lichtnet is, werkt het systeem in de omvormermodus en wordt het vermogen geleverd aan de belasting via de verbreekcontacten van de DPDT.

In de aanwezigheid van een AC-netingang, wordt het relais geactiveerd naar maakcontacten waardoor de net-AC de 220V-zijde van de transformator kan voeden. Dit bekrachtigt op zijn beurt de inverterkant van de transformator en de stroom kan door de lichaamsdiodes van de MOSFET's gaan om de aangesloten batterij op te laden.

Voordat het DPDT-relais kan worden geactiveerd, moet het SPDT-relais de Vcc van de driver-IC van de voeding afsnijden. Deze kleine vertraging in activering tussen het SPDT-relais en het DPDT-relais moet worden gegarandeerd om 100% veiligheid voor de MOSFET's en voor de correcte werking van de omvormer / oplaadmodus via de lichaamsdiodes.

Relay-omschakelingen

Zoals hierboven gesuggereerd, moet het SPDT-relaiscontact aan de Vcc-zijde een paar milliseconden vóór het DPDT-relais aan de transformatorzijde worden geactiveerd als er netvoeding beschikbaar is. Als de netspanning uitvalt, moeten beide relais echter bijna gelijktijdig worden uitgeschakeld. Deze voorwaarden kunnen worden geïmplementeerd met behulp van het volgende circuit.

Hier wordt de operationele DC-voeding voor de relaisspoel verkregen uit een standaard AC naar DC-adapter , aangesloten op het lichtnet.

Dit betekent dat als er netstroom beschikbaar is, de AC / DC-adapter de relais AAN zet. Het SPDT-relais dat rechtstreeks op de DC-voeding is aangesloten, wordt snel geactiveerd voordat het DPDT-relais dat kan. Het DPDT-relais wordt enkele milliseconden later geactiveerd door de aanwezigheid van de 10 ohm en de 470 uF condensator. Dit zorgt ervoor dat de MOSFET-driver-IC wordt uitgeschakeld voordat de transformator kan reageren op de wisselstroomingang aan de 220 V-zijde.

Wanneer de netspanning uitvalt, schakelen beide relais bijna gelijktijdig UIT, aangezien de 470uF-condensator nu geen effect heeft op de DPDT vanwege de serie omgekeerde vooringenomen diode.

Dit concludeert onze uitleg over het gebruik van MOSFET-lichaamsdiodes voor het opladen van een inverterbatterij via een enkele gemeenschappelijke transformator. Hopelijk stelt het idee de vele hobbyisten in staat goedkope, compacte automatische omvormers te bouwen met ingebouwde batterijladers, met behulp van een enkele gemeenschappelijke transformator.